碳纖維熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)具有比強度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐熱性好等特點，是輕量化制造的重要材料，在航空航天、新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。實現(xiàn)CFRTP材料之間及CFRTP與金屬材料之間高質(zhì)量的連接是其應(yīng)用的一個關(guān)鍵技術(shù)。激光連接技術(shù)具有速度快、強度高、振動應(yīng)力、工藝靈活等特點，在CFRTP與金屬材料連接上較膠結(jié)、機械連接等技術(shù)具有優(yōu)勢。
中國科學(xué)院寧波材料所先進制造技術(shù)所激光與智能能量場制造團隊與北京大學(xué)深圳研究院合作，對CFRTP/異質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的激光連接機理和工藝進行了研究。利用激光直接連接技術(shù)實現(xiàn)了CFRTP與不銹鋼的連接，研究了界面狀態(tài)對CFRTP/不銹鋼激光連接質(zhì)量的影響規(guī)律，對接頭的連接機理和失效機制進行了分析，同時對缺陷控制工藝進行了探索性研究，相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Materials Processing Technology上；在考慮CFRTP/不銹鋼界面接觸熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)上建立了激光連接熱熱效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，利用有限元方法對連接熱效應(yīng)進行了仿真計算，分析發(fā)現(xiàn)該模型可準(zhǔn)確表征夾具壓力對激光連接質(zhì)量的影響，較傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可有效提高熱效應(yīng)仿真的準(zhǔn)確性，相關(guān)研究發(fā)表在《中國激光》 (2017,44(4):0402002.）上；通過對金屬界面進行微織構(gòu)處理可顯著提高連接強度，申請發(fā)明專利2項，授權(quán)1項（熱塑性復(fù)合材料焊接方法CN201510014414.4）。
圖1. CFRTP/不銹鋼接頭中的氣泡
圖2 拉伸試件斷裂形貌
圖3 熱接觸模型和傳統(tǒng)模型比較及熱效應(yīng)仿真
該項目得到國家自然科學(xué)基金“兩化融合”聯(lián)合基金（U1609208）、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究項目（2017C31082）、中科院青促會（2017343）、深圳市基礎(chǔ)研究布局項目（JCYJ20150529162228734）的支持。
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013616303624
- 中科院寧波材料所在CFRTP/金屬激光連接技術(shù)的研究上取得進展 2016-03-14
